铁和铁的化合物 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/25 12:50:54星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第三节 铁和铁的化合物

知识导图

一、铁 物理性质

银白色,熔沸点较高,抗腐蚀性强,能被磁铁吸引,具有金属的一般物理性质。 化学性质

1、与非金属的反应

(1)常温下:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分是Fe2O3。 点燃:3Fe+2O2

Fe3O4.

(2)Fe+S ?   FeS

(3) 2Fe+3Cl22FeCl3(产生棕色的烟)

2、与H2O的反应 3Fe+4H2O(g)

 高温   Fe3O4+4H2

3、与酸的反应

(1)与非氧化性酸(如稀硫酸):Fe+2H+===Fe2++H2↑ (2)氧化性酸 ①稀硝酸

HNO3过量:Fe+4 HNO3=== Fe(NO3)3+NO↑+2H2O Fe过量:3Fe+8HNO3 === 3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

②浓硝酸:常温下钝化 ③浓硫酸:常温下钝化 4.与盐溶液的反应

(1)与CuSO4溶液:Fe+Cu2+ === Fe2++Cu (2)与FeCl3溶液:Fe+2Fe3+=== 3Fe2+ 二、铁的氧化物

1

铁的氧化物 俗称 色态 铁的价态 水溶性 铁的氧化物与盐酸反应 铁的氧化物与CO反应 注:

FeO / 黑色粉末 +2 不溶 Fe2O3 铁红 红棕色粉末 +3 不溶 Fe3O4 磁性氧化铁 黑色晶体 +2、+3 不溶

FeO+2HCl=FeCl+H2O Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O FexOy+yCO高 温xFe+yCO2 1、FeO、Fe3O4与氧化性的酸反应时,其中的+2价的铁会氧化; 2、Fe2O3与HI反应时,Fe 3+会氧化I- 三、铁的氢氧化物 化学式 色态 与盐酸反应 受热分解 Fe(OH)2 白色固体 Fe(OH)2+2H+=Fe 2++2H2O —— Fe (OH)3 红褐色固体 Fe(OH)3+3H+=Fe 3++3H2O △2Fe(OH)3===== Fe2O3+3H2O 制备 FeSO4+2NaOH =Fe(OH)2↓+Na2SO4 FeCl3+3NaOH =Fe (OH)3+3NaCl 二者的关系 空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为:4Fe(OH)2+2H2O+O2=== 4Fe(OH)3 注:制备Fe(OH)2时,采取哪些措施可防止Fe(OH)2被氧化? 提示: ①配制溶液的蒸馏水加热煮沸,除去O2 ②胶头滴管伸入到液面以下加入液体. ③溶液表面覆盖植物油(或苯),以隔绝空气.

由于Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3,在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成为物质制备实验探究的热点。

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制备原理:Fe2+2OH===Fe(OH)2↓ 成功关键:

①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质。

②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。

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下面是几种典型的制备方法: 例如:

方法一 隔绝空气的复分解反应法

1、用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。 (1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入__________。 (2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。

(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,这样操作的理由是________________________________。 答案:(1)稀H2SO4、铁屑 (2)煮沸

(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化

方法二 氢气氛围中的复分解反应法

2、在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。 (1)在试管Ⅰ中加入的试剂是_________________________________。 (2)在试管Ⅱ中加入的试剂是_________________________________。 (3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水 夹,塞紧塞子后的实验步骤是_______________________。 (4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由是___________。 答案:(1)稀H2SO4和铁屑 (2)NaOH溶液

(3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度,当排出的H2已经纯净时再夹紧止水夹 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ,故外界O2不易进入 3、如图所示制备氢氧化亚铁的改进实验:

(1)按图所示组装仪器,向一支小的具支试管中加入2 mL左 右的稀盐酸,再加入2 mL左右的煤油,玻璃管下端粘住钠 粒(用滤纸吸干表面煤油,切去氧化层)。

(2)将铁丝浸入盐酸,反应放出氢气,待试管内空气排尽后, 向上提拉铁丝,使铁丝脱离液面。并关闭弹簧夹;用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中。 请回答下列问题:

(1)写出该实验中发生反应的化学方程式:_____________。

(2)如何检验试管内空气已排尽(回答具体操作)?_________________________________。 (3)捣入钠粒后,预测具支试管中的现象:_______________________________________。 (4)已知钠粒的质量约0.05 g,实验室现有以下两种不同浓度的盐酸,你选择(填“A”或“B”)________。

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A.1.1 mol·L1 B.10 mol·L1

答案:(1)Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,2Na+2H2O+FeCl2===Fe(OH)2↓+2NaCl+H2↑ 也可写成3个:Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,2Na+2H2O===2NaOH+H2↑, 2NaOH+FeCl2===Fe(OH)2↓+2NaCl

(2)在具支试管的出口处用向下排空气法收集满一小试管气体,用拇指堵住管口,移向酒精灯火焰,放开拇指,若听到“噗”的一声,则说明空气已排尽 (3)钠不停地在煤油与稀盐酸界面处上下跳动,并有气泡产生,下层液体中很快有白色沉淀出现

3

(4)A

方法三 电解法

4、利用电解实验可以制得纯净的Fe(OH)2白色沉淀,如图所示,已知两电极的材料分别为石墨和铁。

(1)a电极的材料应为 ,电极反应式为___________。 (2)电解液c可以是__________(填编号)。 A.纯水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液

(3)d为苯,其作用是________________,在加入苯之前对电解液c应作 何简单处理?________________________________。 (4)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是 ________(填编号)。

A.改用稀H2SO4作电解液 B.适当增大电源的电压 C.适当减小两极间的距离 D.适当降低电解液的温度

(5)若c用Na2SO4溶液,当电解一段时间后看到白色Fe(OH)2沉淀,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,另一明显现象为_________________________________________。 答案:(1)Fe Fe-2e-=Fe2+ (2)BC

(3)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化;加热煮沸,排出溶解的O2 (4)BC

(5)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色 四、“铁三角”

1.Fe―→Fe2+

铁与氧化性比较弱的非金属(如S、I2),非氧化性酸

(如盐酸、稀H2SO4),不活泼金属的盐溶液(如CuSO4溶液),FeCl3溶液反应,都可实现这种转化.

例如:Fe+CuSO4 === Cu+Fe SO4;Fe+2FeCl3 ===3FeCl3;Fe+2H+=Fe2++H2↑. 2. Fe2+―→Fe

比较活泼的金属(如Al、Zn)、CO、H2、C等能从亚铁化合物中置换出铁来.

 例如:FeCl2+Zn === ZnCl2+Fe;FeO+H2 ?  Fe+H2O.

3+

3.Fe―→Fe

铁与强氧化剂,如Cl2、H2O2、KMnO4(H+)、HNO3、浓H2SO4在一定条件下反应都会实现这种转化.

例如:2Fe+3Cl24.Fe3+―→Fe

2FeCl3.

4

可通过较强还原剂实现,如Al、Zn、CO、H2等.例如:

 Fe2O3+3CO ?  2Fe+3CO2;Fe2O3+2Al

 高温   2Fe+Al2O3;

2FeCl3+3Zn===2Fe+3ZnCl2. 5.Fe2+―→Fe3+

亚铁盐与强氧化剂反应,如Cl2、Br2、HNO3、浓硫酸、H2O2、KMnO4(H)等. 例如:2FeCl2+Cl2===2FeCl3. 6.Fe3+―→Fe2+

铁盐溶液与比较强的还原剂反应,如Fe、Cu、碘化物、硫化物等. 例如:2 Fe3++S2-=== 2Fe2++S↓;2Fe3++Cu === 2Fe2++Cu2+; 2Fe3++Fe ===3Fe2+;2Fe3++2I- === 2 Fe2++I2 应用“铁三角”关系,可以解决相关问题: (1)判断离子共存

①Fe2+、Fe3+均水解,与HCO3-、AlO2-、CO32-等因水解相互促进在溶液中不能大量共存。

--

②Fe3+与S2-、I-、HS-、SO32-,Fe2+与NO3(H+)、ClO-、MnO4(H+)在溶液中因发生氧化还原反应不能大量共存. (2)除杂方法

①Fe2+ (Fe3+):加Fe粉过滤;

②FeCl3 (FeCl2):加氯水或H2O2; ③FeCl2(CuCl2):加Fe粉,过滤. 五、Fe2+、Fe3+的检验 1、溶液的颜色

含有Fe2+、的溶液显浅绿色 含有Fe3+的溶液显棕黄色 2、用KSCN溶液和氯水 (1)流程:

(2)有关反应:Fe+3SCN === Fe(SCN)3(红色) 2Fe2++Cl2 === 2Fe3++2Cl- 3、用NaOH溶液 (1)流程:

3+-

(2)有关反应:Fe3++3OH- === Fe(OH)3↓(红褐色) Fe2++2OH- === Fe(OH)2↓(白色沉淀) 4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3 六、铁盐溶液的配制、保持

1、FeCl3溶液:加酸,抑制Fe3+的水解 Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+

2、FeCl2溶液:加酸,抑制Fe2+的水解 加铁屑,防止Fe2+被氧化 七、物质制备

制备无水FeCl3:在HCl气流中加热蒸干FeCl3溶液。

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制备Fe(OH)3胶体:向沸水中加入饱和的FeCl3溶液并煮沸至有红褐色胶状物出现为止。 八、氧化性、还原性的关系

1、氧化性:Cl2>Br2>Fe3+>I2>S

2--2、还原性:S>I>Fe2+>Br->Cl- 九、杂质Fe2+、Fe3+的除去

1、Fe3+:Fe3+水解能力强,实际上pH>4时,Fe3+几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。 欲除去Fe3+,一般加碱或盐等物质,调节溶液的pH至pH=4即可。 2、Fe2+:一般先向溶液中加入氧化剂(如H2O2),使Fe2+被氧化为Fe3+,然后加碱或盐等物质,调节溶液的pH至pH=4即可。

1、A~I分别表示中学化学中常见的物质,它们之间相互转 化关系如下图所示(有部分反应物、生成物没有列出):

已知A、B、C、D、E、F六种物质中含有同一种元素,G为主族元素的固态氧化物. (1)写出物质的化学式:

E__________,F__________,J__________. (2)写出反应的化学方程式:

①_______________________________________________; ②_______________________________________________; ③________________________________________________.

解析:由两条线索展开分析,一是G为主族元素的固态氧化物,既溶解于碱又可电解,可推知为Al2O3;二是E和F均是与碱反应后的产物,且E可被空气中的O2氧化成F,可推知E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3.

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